Docker概览

Docker 是一个用于开发、分发以及运行应用的开源平台。 Docker 将应用与基础设施(硬件)分离，以便软件快速分发。 借助 Docker ，你可以采用与管理应用相同的方式来管理基础设施。 Docker 提供了一系列快速分发、测试以及部署代码的方法， 显著减少从编写代码到生产级运行的时间。

Docker平台

Docker 提供了用容器打包运行应用的能力，容器是一种松散的隔离环境。 由于 隔离性 和 安全性 ，一台主机可以同时运行很多容器。 容器是轻量级的，因为它们不需要额外的模拟器，直接跑在宿主机内核中。 与虚拟机相比，同样条件的硬件机器可以运行更多的容器。 你甚至也可以在虚拟机中运行 Docker 容器。

Docker 提供管理容器整个生命周期的工具和平台：

  • 使用容器 开发 应用及其支撑组件；
  • 以容器为单位进行应用部署和 测试 ；
  • 一切就绪后，将应用 部署 到 生产环境 ，应用可以是原始容器或者服务编排， 生产环境可以是本地数据中心、云提供商或者两者结合；

Docker引擎

Docker 引擎是一个典型的 CS ( client-server )架构的应用，主要组件包括：

  • 服务器是一个长时间运行的 守护程序 ( dockerd 命令)；
  • 服务提供 RESTful 接口供外部程序调用；
  • 命令行工具( docker 命令)；
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Docker引擎结构

命令行工具( CLI )通过 Restful 接口与 Docker 守护程序交互，既可直接运行，亦可在脚本中调用。 很多 Docker 应用均使用底层 API 或者命令行工具。

守护程序创建并管理 Docker 对象，例如： 镜像 ，容器，网络以及卷。

Docker可以做什么

持续交付

使用 Docker ，研发人员可以用容器这种 标准化 环境来提供应用和服务，极大缩短研发周期。 容器特别适用于 持续集成 ( continuous integration ， CI ) 以及 持续交付 ( continuous delivery ， CD )型工作流。

试想以下场景：

  • 研发人员在本地编写代码并通过容器与同事分享工作成果；
  • 研发人员使用 Docker 将应用推到测试环境并执行自动化测试以及手工测试；
  • 发现 BUG 后，研发人员在开发环境快速修复并重新部署到测试环境进行验证；
  • 测试通过后，发布补丁也非常简单，将新镜像推到生产环境即可；

灵活部署

Docker 基于容器的特性特别适用于可移植的工作场景。 容器可以跑在各种各样的环境上：研发人员本地电脑；数据中心物理机或虚拟机；云提供商等等。

由于可移植以及轻量级的特性， Docker 能够轻松实现动态服务负荷管理， 近乎 实时 地实现业务急需的扩容或缩容动作。

节约硬件

Docker 非常轻量级，因此很高效。 相比基于模拟器的虚拟化技术， Docker 更可行，开销更小，更能充分挖掘机器的处理能力。 Docker 非常适合高密度环境以及资源有限而业务繁多的中小型部署。

Docker架构

Docker 采用 CS 架构。 Docker 客户端与 Docker 守护程序通讯，容器构建、运行、部署均由守护程序直接负责。 客户端和守护程序可以部署在同台机器，或者通过网络远程连接。 客户端通过 Restful API 与守护程序交互，走 Unix 套接字或网络均可。

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Docker架构

Docker守护程序

Docker 守护程序( dockerd )监听 API 请求并管理 Docker 对象，包括镜像、容器、网络以及卷等。 为管理 Docker 服务，守护程序也可以跟其他守护程序进行通讯。

Docker客户端

Docker 客户端( docker 命令)是大部分用户与 Docker 交互的主要方式。 当用户执行形如 docker run 的操作命令后，客户端将命令发送给 dockerd ，由它负责执行。 docker 命令使用 Docker API 与 dockerd 通讯。 客户端可与多个守护程序通讯。

Docker镜像库

镜像库 ( registry )是存储 Docker 镜像的地方。 Docker Hub 和 Docker Cloud 是公共镜像库，任何人均可使用。 Docker 默认使用 Docker Hub 。 用户可以部署自己的私有镜像库。 Docker 数据中心( DDC )包括 Docker 镜像库( DTR )。

执行 docker pull 或 docker run 时，需要的镜像将从配置的镜像库拉取； 执行 docker push 时，镜像将推送到配置的镜像库。

Docker商店 是买卖镜像的地方，免费发布当然也可以。 例如，你可以从软件供应商那购买一个包含应用或服务的镜像，并将其部署到自己的测试、预发布乃至生产环境。 拉取新版本镜像并重新部署容器即可完成软件升级，方便快捷。

Docker对象

使用 Docker 时，你会创建并使用镜像、容器、网络、卷、插件以及其他 Docker 对象。 本节简要介绍其中部分常用对象。

镜像

镜像是一个用于创建 Docker 容器的只读模板。 新镜像通常以母镜像为基础，进行额外定制而成。 举个例子，你可以基于 ubuntu 镜像构建新镜像， 安装 Apache Web 服务器以及应用程序，同时添加必要的配置文件。

你可以构建自己的镜像，也可以直接使用别人创建并发布的镜像。 创建新镜像需要先准备 Dockerfile 文件，定义构建所需的步骤以及执行方式。 Dockerfile 提供简单的指令语法，每个指令均在原镜像之上叠加新层。 修改 Dockerfile 后重新构建镜像，只有变更层需要重建。 这是镜像与其他虚拟化技术相比更为 轻量级 、更 小巧 也更 高效 的原因。

容器

容器是镜像的可执行实例。 用户可通过 API 或客户端创建、启动、暂停、移动或者删除容器。 用户可将容器连到一个或多个网络，挂载存储介质，或者基于其当前状态创建新镜像。

默认，容器与其他容器以及宿主机相对隔离。 用户可以根据需要调整容器网络、存储以及其他底层子系统与其他容器以及宿主机的隔离性。

容器由其镜像以及创建该容器时提供的可配置选项定义。 删除容器时，所有状态变更将被清除，除非存于永久存储设备。

Docker服务

Docker swarm 服务提供集群容器弹性部署，服务由 管理节点 及 工作节点 组成。 每个 swarm 成员均为 Docker 守护程序，所有守护程序通过 Docker API 通讯。 用户可以定义目标状态，例如服务实例数。 默认，服务在所有工作节点上做负载均衡。 在用户看来， Docker 服务是一个单一应用。 Docker 引擎在版本 1.12 后均支持 swarm 模式。

实例

以下命令启动一个 ubuntu 容器，交互式地附上当前命令行会话，并执行 /bin/bash ：

$ docker run -i -t ubuntu /bin/bash
  1. 如果 ubuntu 镜像本地不存在， Docker 将从镜像库拉取，等价于手工运行 docker pull ubuntu 命令；
  2. Docker 创建新镜像，等价于手工运行 docker container create 命令；
  3. Docker 为容器分配一个可读可写的文件系统，作为最后一层。 容器运行起来后，可以创建或修改本地文件及目录；
  4. 由于命令中未指定网络选项， Docker 创建网络接口并将容器连到默认网络，同时为容器分配 IP 地址。 默认，容器可通过宿主连接外部网络；
  5. Dcoker 启动容器并执行 /bin/bash 命令。 由于容器是交互式执行的，并且附上终端( -i 及 -t 选项)，用户可以通过键盘进行输入，而程序也在终端输出；
  6. 输入 exit 命令终止 /bin/bash 命令后，容器停止但不删除。后续可以再次启动该容器或者将其删除；

底层技术

Docker 由 Go 语言开发， 为实现功能用到了若干 Linux 内核特性：

namespace

Docker 利用 命名空间 ( namespaces )技术实现容器隔离工作环境。 运行容器时， Docker 为容器创建一个命名空间集。

命名空间提供了一定级别的 隔离性 ( isolation )。 容器每部分运行在隔离的名字空间中，并将访问限制在该名字空间内。

Docker 使用以下 Linux 命名空间：

  • pid 命名空间：进程隔离( PID 即进程 ID )；
  • net 命名空间：管理网络界面；
  • ipc 命名空间：管理进程间通讯资源( ipc 进程间通讯)；
  • mnt 命名空间：管理文件系统挂载点；
  • uts 命名空间：隔离内核及版本识别符( uts 即 Unix Timesharing System )；

cgroup

Docker 还依赖另一种 Linux 技术—— 控制组 ( control groups ，即 cgroups )。 控制组将应用程序对资源的消耗控制在给定范围内。 利用该技术， Docker 引擎可以将硬件资源分享给多个容器，并对用量加以限制。 例如，你可以限制指定容器可用的内存。

UnionFS

Union 文件系统，简称 UnionFS ，操作通过创建新数据层进行，非常轻量快捷。 Docker 引擎采用 UnionFS 作为基础模块构建容器。 Docker 引擎兼容多种 UnionFS 变体，包括 AUFS 、 btrfs 、 vfs 以及 DeviceMapper 。

容器格式

Docker 引擎将 namespace 、 cgroup 以及 UnionFS 组合起来形成统一包装—— 容器格式 ( container format )。 默认的容器格式是 libcontainer 。 未来 Docker 可能支持更多容器格式，并将 BSD Jails 、 Solaris Zones 等技术整合进去。

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